概要：智能混凝土是現代建筑材料與現代科技結合的產物，是傳統混凝土材料發展的高級階段。總結了智能混凝土的發展歷史和研究現狀，未來發展了智能混凝土的發展趨勢和應用于前景，闡釋了研究中不應留意的問題。

關鍵字：智能；混凝土隨著現代材料科學的不斷進步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已漸漸向高強、高性能、多功能和智能化發展。用它修建的混凝土結構也漸趨大型化和變得復雜。然而混凝土結構在用于過程中由于不受環境荷載起到。

疲憊效應、生銹效應和材料老化等不利因素的影響，結構將不可避免地產生受損累積、抗力波動，甚至造成腦溢血事故。為了有效地防止腦溢血事故的再次發生，縮短結構的使用壽命，必需對此類結構展開動態的身體健康監測，并及時展開修繕。現有的可用檢測方法，如聲波檢測X射線及C掃瞄等，不能定性檢測，而無法定量、數據化處置，更加主要的是無法構建動態監測。因而對結構內部狀態的監測和受損估算還較為艱難，甚至是不有可能的。

傳統的混凝土結構的修理方式主要是在受損部位展開外部的修整，而對受損的原結構展開修理較為艱難，特別是在是對結構內部的受損修繕堪稱十分艱難。隨著現代社會向智能化的發展，這種逗留在被動和計劃模式的檢測與修繕方式已無法適應環境現代多功能和智能建筑對混凝土材料明確提出的拒絕。因此，研究和研發具備主動、自動地對結構展開自臨床、自調節、自修繕、完全恢復的智能混凝土已淪為結構一功能（智能）一體化的發展趨勢[1]。

1智能混凝土的定義和發展歷史智能材料，所指的是能感官環境條件，作出適當行動的材料。它能仿效生命系統，同時具備感官和鼓舞雙重功能，能對外界環境變化因素產生感官，自動做出主動。靈敏和合理的號召，并具備自我臨床、自我調節、自我修繕和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原先組分基礎上填充智能型組分，使混凝土具備自感官和記憶，自適應，自修繕特性的多功能材料。

根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的受損，符合結構自我安全性檢測必須，避免混凝土結構潛在脆性毀壞，并能根據檢測結果自動展開修繕，明顯提升混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感官和記憶、自適應。

自修繕等多種功能的綜合，缺一不可，以目前的科技水平制取完備的智能混凝土材料還非常艱難。但近年來受損自臨床混凝土、溫度自調節混凝土。仿生自傷口混凝土等一系列智能混凝土的陸續經常出現；為智能混凝土的研究奠定了扎實的基礎。

1.1受損自臨床混凝土自臨床混凝土具備壓敏性和溫敏性等自感應功能。普通的混凝土材料本身不具備自感應功能，但在混凝土基材中填充部分其它材料組分使混凝土本身不具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：單體類、碳類、金屬類和光纖。

其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要講解2種當前研究較為熱門的受損自臨床混凝土。

1.1.1碳纖維智能混凝土碳纖維是一種高強度、高彈性且導電性能較好的材料。在水泥恩材料中含有適度碳纖維不僅可以明顯提升強度和韌性，而且其物理性能，特別是在是電學性能也有顯著的提高，可以作為傳感器并以電信號輸入的形式體現自身受力狀況和內部的受損程度。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維含有到混凝土材料中，可以使混凝土具備自感官內部形變、突發事件和操作者程度的功能。

通過觀測，找到水泥恩復合材料的電阻變化與其內部結構變化是比較不應的。碳纖維水泥恩材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部形變線性減少，當相似構件的無限大荷載時，電阻漸漸減小，伴隨構件將要毀壞。而基準水泥恩材料的導電性完全無變化，直到鄰近毀壞時，電阻變化率輕微減小，體現了混凝土內部的形變一突發事件關系。

根據纖維混凝土的這一特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態，可以構建對結構工作狀態的在線監測[2]。在進碳纖維的受損自臨床混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內部在拉、力、彎靜荷載和動荷載等外因起到下的彈性變形和塑性變形以及受損裂開展開監測。

試驗找到，在水泥漿中摻加適度的碳纖維作為突發事件傳感器，它的靈敏度相比之下低于一般的電阻應變片。在疲憊試驗中還找到，無論在剪切或是傳輸狀態下，碳纖維混凝土材料的體積電導率不會隨疲憊次數再次發生不可逆的減少。因此，可以應用于這一現象對混凝土材料的疲憊受損展開監測。

通過標定這種自感應混凝土，研究人員要求電阻和載重之間的關系，由此可確認以自感應混凝土修建的公路上的車輛方位、載重和速度等參數，為交通管理的智能化獲取材料基礎。碳纖維混凝土除具備壓敏性外，還具備溫敏性，即溫度變化引發電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內部的溫度差不會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗指出，在最低溫度為70℃，僅次于溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具備較好平穩的線性關系。

當碳纖維摻量超過一臨界值時，其溫差電動勢率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料構建對建筑物內部和周圍環境變化的動態監控；也可以構建對大體積混凝土的溫度自監控以及用作熱敏元件和火警報警器等有望用作有溫控和火災預警拒絕的智能混凝土結構中。碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于工業防靜電結構。公路路面、機場跑道等處的化雪滑行。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。

住宅及養殖場的電熱結構等。1.1.2光纖傳感智能混凝土光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結構的關鍵部位挖出人進纖維傳感器或其陣列，觀測混凝土在碳化以及受載過程中內部形變、突發事件變化，并對由于外力、疲憊等產生的變形、裂紋及拓展等受損展開動態監測。

光在光纖的傳輸過程中易受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引發光波量如光強度、振幅、頻率、偏振態的變化。因此人們找到，如果能測量出有光波量的變化，就可以告訴造成光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是，經常出現了光纖傳感技術。

近年來，國內外展開了將光纖傳感器用作鋼筋混凝土結構和建筑檢測這一領域的研究，積極開展了混凝土結構形變、突發事件及裂縫再次發生與發展等內部狀態的光纖傳感器技術的研究，這還包括在混凝土的硬化過程中展開監測和結構的長年監測。光纖在傳感器中的應用于，獲取了對土建結構智能及內部狀態展開動態、在線可用檢測手段，不利于結構的安全性監測和整體評價和確保。

到目前為止，光纖傳感器已用作許多工程，典型的工程有加拿大Caleary建設的一座取名為BeddingtonTail的一雙橫跨公路橋內部突發事件狀態監測；美國Winooski的一座水電大壩的振動監測；國內工程有重慶渝寬高速公路上的紅槽房大橋監測和蕪湖長江大橋長年監測與安全性評估系統等。1.2自調節智能混凝土自調節智能混凝土具備電力效應和電熱效應等性能。混凝土結構除了長時間負荷外，人們還期望它在不受臺風、地震等自然災害期間，需要調整承載能力和減慢結構振動，但因混凝土本身是惰性材料，要超過自調節的目的，必需填充具備驅動功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。

形狀記憶合金具備形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以多達彈性范圍的剪切塑性變形，當冷卻最少許多達熱力學溫度，才可使原本經常出現的瓦解變形消失，并完全恢復到原本的尺寸。在混凝土中埋形狀記憶合金，利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和有所不同溫度下完全恢復適當形狀的功能，在混凝土結構受到出現異常荷載于微時，通過記憶合金形狀的變化，使混凝土結構內部形變輕產于并產生一定的預應力，從而提升混凝土結構的承載力。電流變體（ER）是一種可通過外界電場起到來掌控其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。

在外界電場的起到下，電流變體可于0.1ms級時間內人組成鏈狀或網狀結構的宜凝膠，其初度隨電場減少而聲調到幾乎燒結，當外界電場拆毀時，仍可恢復其歷史發展狀態。在混凝土中填充電流變體，利用電流變體的這種歷史發展起到，當混凝土結構受到臺風，地震攻擊時調整其內部的歷史發展特性，轉變結構的自振頻率、阻尼特性以超過減慢結構振動的目的。有些建筑物對其室內的濕度有嚴苛的拒絕，如各類展覽館、博物館及美術館等，為構建平穩的濕度掌控，往往必須許多濕度傳感器、控制系統及簡單的布線等，其成本和用于保持的費用都較高。日本學者研制的自動調節環境溫度的混凝土材料自身才可已完成對室內環境濕度的觀測，并根據必須對其展開調控。

這種混凝土材料帶給自動調節環境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為：沸石中的硅酸鈣所含（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和S0x氣體選擇性的導電。

通過對沸石種類展開自由選擇，可以制取符合實際應用于必須的自動調節環境濕度的混凝土復合材料。它具備如下特點：優先導電水分；水蒸氣壓力較低的地方，其吸濕容量大；吸食、放濕與溫度涉及，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。1.3自修繕智能混凝土混凝土結構在用于過程中，大多數結構是帶上針工作的。混凝土產生裂縫，不僅強度減少，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等不易通過裂縫侵人混凝土內部，使混凝土再次發生碳化，并生銹混凝土內的鋼筋，這對地下結構物或箱內危險品的處置設施最為有利，一旦混凝土再次發生裂縫，要想要檢查和修理都很艱難。

自修繕混凝土就是不應這方面的必須而產生的。在人類現實生活中可以看到人的皮膚遮住后，經一段時間皮膚不會大自然長好，而且修復得天衣無縫；骨頭倒下后，只要相接好骨縫，斷骨就不會自動傷口。

自傷口混凝土[4]就是仿效生物的組織，對受創傷部位自動黏液某種物質，而使后遺癥部位獲得傷口的機能，在混凝土傳統組分中填充特性組分（如所含粘結劑的液芯纖維或膠囊）在混凝土內部構成智能型仿生自傷口神經網絡系統，仿效動物的這種骨組織結構和受創傷后的再造、完全恢復機理。使用粘合材料和基材互為填充的方法，使材料受損毀壞后，具備自行傷口和再造功能，完全恢復甚至提升材料性能的新型復合材料。

在日本，以東北大學三橋博三教授派的日本學者將含有粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維含有混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下再次發生裂開，部分膠囊或空心玻璃纖維裂痕，粘合液流入并淺人裂縫。粘合液可使混凝土裂縫新的傷口。美國伊利諾伊斯大學的CarolynDry在1994年使用類似于的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑挖出人混凝土中使混凝土具備自傷口功能。

在此基礎上CarolynDry還根據動物骨骼的結構和構成機理，嘗試制取仿生混凝土材料，其基本原理是使用磷酸鈣水泥（所含單聚物）為基體材料，在其中特人多孔的編織纖維網。在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出來聚合反應引起劑與單聚物單體成高聚物，聚合反應留給的水分參予水泥水化。

這樣之后在纖維網的表面構成大量有機與無機物，它們互相夾雜粘合，最后構成的復合材料是與動物骨骼結構相近的無機與有機結合的材料，具備出色的強度及延性等性能。而且在材料用于過程中，如果再次發生受損，多孔有機纖維不會獲釋高聚物，傷口受損。2智能混凝規究現狀和不應留意的問題前面所述的自臨床、自調節和自修繕混凝土是智能混凝土研究的初級階段，它們只不具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的修改形式。

因此有人也稱作聰明混凝土。然而這種功能單一的混凝土并無法充分發揮智能混凝土起到，目前人們于是以致力于將2種以上功能展開裝配的所謂智能裝配混凝土材料的研究。智能裝配混凝土材料是將具備自感應、自凋節和自修繕組件材料等與混凝土基材填充并按照結構的必須展開排序，以構建混凝土結構的內部受損自臨床、自修繕和抗震減振的智能化。

智能混凝土具備遼闊的應用于前景，但作為一種新型的功能材料，如果投放實際工程，還有很多問題必須更進一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的擬合化學鍵方式；自傷口混凝土的修繕粘結劑的自由選擇。封人的方法以及傷口后混凝土耐久性能的提高等。

解決問題上述一系列問題將對智能混凝土今后的發展產生深遠影響的影響。為增進智能混凝土研究工作的順利開展有適當就以下幾點構成共識：（1）研發理應針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能再次發生好轉和結構再次發生毀壞等現象，考慮到有所不同的智能方法，如針對這些現象，設想研發出有一種能應付所有這些情況的手段是很艱難的，因此，增大智能化范圍，以某種功能為對象，從而研發出有比較最適應環境的方法是適當的。

（2）實行中不應具備可行性。焊混凝土多在施工現場展開，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術與工藝拒絕無法過低。不應以原先工藝為基礎研發適當的較為簡單的方法。

搭配的材料不應具備化學穩定性，要不利于安全性用于，不溶解任何有性刺激的氣味和其它有害物質，并能大量應用于而且成本較低。（3）設計不應具備綜合性。使用智能化，雖然可以提升材料的耐久性，但也不會帶給負面起到。

如由于用于了某種材料雖然能對某種好轉現象展開掌控和提高，但否不會對強度等其它性能有所影響，所有這些正反兩方面的問題都必需在辨別和設計時展開綜合考慮到和權衡。3結語智能混凝土是智能化時代的產物，它在對根本性土木基礎設施突發事件的實量監測、受損的可用評估、及時修繕以及減低臺風、地震的沖擊等諸多方面有相當大的潛力，對保證建筑物的安全性和長年的耐久性都具備重要性。而且在現代建筑向智能化發展的背景下，對傳統的建筑材料的研究、生產、缺失防治和修繕等都明確提出了反感的挑戰。

智能混凝土材料作為建筑材料領域的高新技術，為傳統建材的未來發展流經了新的內容和活力，也獲取了全新的機遇。其發展終將使混凝土材料的應用于具備更加遼闊的前景和產生極大的社會經濟效益。

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